專利名稱：鉆孔聲波雷達(dá)探測方法及鉆孔聲波徑向掃描探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆孔聲波雷達(dá)探測方法及鉆孔聲波徑向掃描探頭，屬于工程地質(zhì)探測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地質(zhì)勘探是通過各種手段、方法對 地質(zhì)進(jìn)行勘查、探測，確定合適的持力層，根據(jù)持力層的地基承載力，確定基礎(chǔ)類型，計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)的調(diào)查研究活動。其中物理勘探簡稱物探，是以各種巖石和礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異為研究基礎(chǔ)，用不同的物理方法和物探儀器，探測天然或人工的地球物理場的變化，通過分析、研究獲得的物探資料，推斷、解釋地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。其中鉆探是很常用的一種物探手段，是指用鉆機(jī)在地層中鉆孔，以鑒別和劃分地表下地層，并可以沿孔深取樣的一種勘探方法。如何更好地利用鉆孔進(jìn)行深入細(xì)致的探測工作，一直是地質(zhì)勘探技術(shù)研究工作者追求的，當(dāng)前利用鉆孔進(jìn)行的探測技術(shù)主要有綜合測井(包括電測、聲測、放射性、電磁、光學(xué)等測井方法)、孔間斷面掃描(CT)等，這些方法技術(shù)主要是進(jìn)行孔壁或兩孔間斷面的地質(zhì)探測。但是這些方法都有各自的局限性，探測范圍小，探測結(jié)果也不夠精確，而且工作效率不高，無法直觀探測出存在的溶洞等地質(zhì)缺陷，因此，現(xiàn)有技術(shù)中還缺乏一種更好的鉆孔聲波雷達(dá)探測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鉆孔聲波雷達(dá)探測方法及鉆孔聲波徑向掃描探頭，使探測范圍更廣，探測結(jié)果更加精確，并且工作效率更高，可以直觀地探測出存在的溶洞等地質(zhì)缺陷。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的一種鉆孔聲波雷達(dá)探測方法，其中，在利用聲波進(jìn)行鉆孔徑向雷達(dá)掃描進(jìn)行工程地質(zhì)勘探時，使用一種鉆孔聲波徑向掃描探頭，在利用該探頭進(jìn)行探測時采用共深度雷達(dá)掃描工作程序，該工作程序包括以下步驟
1)將環(huán)形陣列探頭放置在設(shè)計(jì)鉆孔深度，對探頭進(jìn)行方位定位；
2)對探頭進(jìn)行貼壁操作；
3)操作地面聲波儀對探頭四周圍巖進(jìn)行徑向聲波掃描，形成以鉆孔為圓心的聲波雷達(dá)掃描 4)根據(jù)雷達(dá)回波圖像、方位、反射時間確定地質(zhì)缺陷的位置、距離和范圍；
5)移動探頭到下一個掃描深度點(diǎn)重復(fù)以上操作。作為本方法的另外一種實(shí)現(xiàn)方式，在利用該探頭進(jìn)行探測時也可采用共角度雷達(dá)掃描工作程序，該工作程序包括以下步驟
1)將探頭放置在設(shè)計(jì)的鉆孔某一起始位置，對探頭進(jìn)行方位固定，確定共角度方位，確定共角度方向的聲波發(fā)射和接收探頭；
2)操作地面儀器完成該點(diǎn)的聲波發(fā)射接收工作；3)按設(shè)計(jì)點(diǎn)距移動探頭至下一點(diǎn)重復(fù)以上工作；
4)完成整條剖面的掃描工作，形成某一方位的共角度聲波掃描圖像；
5)根據(jù)掃描回波圖像上的共角度方位、深度、時間確定地質(zhì)缺陷的深度、距離和范圍。為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還提供一種鉆孔聲波徑向掃描探頭，該探頭通過導(dǎo)線與聲波儀及控制監(jiān)視主機(jī)連接，其中，該探頭設(shè)有一個方位控制器，在方位控制器的尾端設(shè)有一個探管，在探管上設(shè)有由八條彈片呈花瓣?duì)罱M成的傳感器貼壁彈簧，在傳感器貼壁彈簧的每條彈片的端頭設(shè)有一個聲波傳感器及橡皮輔助墊；在探管上還設(shè)有可使傳感器貼壁彈簧的八條彈片收攏在探管上或像外伸展開呈環(huán)形陣列形狀的彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)。進(jìn)一步的，上述的鉆孔聲波徑向掃描探頭，其中，所述彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)位于探管的尾端。
更進(jìn)一步的，上述的鉆孔聲波徑向掃描探頭，其中，所述導(dǎo)線通過設(shè)在孔口的滑輪下放該探頭。本發(fā)明的聲波發(fā)射和接收儀器采用一般的巖土檢測聲波儀。本發(fā)明是利用聲波的雷達(dá)原理，通過以鉆孔為圓心，向孔周進(jìn)行一定范圍的雷達(dá)掃描，達(dá)到精準(zhǔn)探測溶洞等地質(zhì)缺陷的目的。該發(fā)明充分利用地下環(huán)境噪聲小、鉆孔的特點(diǎn)，采用聲波雷達(dá)掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)立體柱狀，能掃描孔周10米范圍內(nèi)的溶洞，探測范圍大、現(xiàn)場工作效率高、探測溶洞直觀，為工程地質(zhì)詳勘和充分利用鉆孔提供了一種有效、快速的新方法。本發(fā)明解決了利用鉆孔進(jìn)行徑向探測的技術(shù)難題，充分地利用了勘探孔的功能，提高了對深埋藏、小地質(zhì)缺陷的探測能力，溶洞等地質(zhì)缺陷異常識別直觀、工作效率高，可廣泛應(yīng)用于市政、住建、交通、水利水電等建設(shè)領(lǐng)域的地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)隱患排查工作。


圖I是鉆孔聲波雷達(dá)探測方法示意 圖2是鉆孔聲波雷達(dá)共深度掃描探頭平面結(jié)構(gòu) 圖3是鉆孔聲波徑向掃描探頭結(jié)構(gòu)示意 圖4是鉆孔聲波徑向掃描探頭在孔中伸展開的示意 圖5是鉆孔聲波雷達(dá)共深度徑向掃描數(shù)據(jù)處理分析圖。附圖標(biāo)記說明I-方位控制器，2-探管，3-傳感器貼壁彈臂，4-聲波傳感器及橡皮輔助墊，5-彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)，6-導(dǎo)線，7-聲波儀及監(jiān)視主機(jī)，8-滑輪。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明鉆孔聲波雷達(dá)探測方法示意圖如圖I所示，本發(fā)明的技術(shù)方案主要通過一種鉆孔聲波徑向掃描探頭來實(shí)現(xiàn)，該探頭通過導(dǎo)線6與聲波儀及控制監(jiān)視主機(jī)7連接，該探頭設(shè)有一個方位控制器1，在方位控制器I的尾端設(shè)有一個探管2，在探管2上設(shè)有由八條彈片呈花瓣?duì)罱M成的傳感器貼壁彈簧3，如圖3、圖4所示，在傳感器貼壁彈簧3的每條彈片的端頭設(shè)有一個聲波傳感器及橡皮輔助墊4 ;在探管2上還設(shè)有可使傳感器貼壁彈簧3的八條彈片收攏在探管2上或像外伸展開呈環(huán)形陣列形狀的彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5，當(dāng)彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5處于關(guān)閉狀態(tài)時，傳感器貼壁彈簧3的八條彈片收攏在探管2上，這樣利于將探頭順利放入鉆孔中。當(dāng)彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5受到觸發(fā)打開時，傳感器貼壁彈簧3的八條彈片受到的約束消失，八條彈片會立即向周圍彈開并呈環(huán)形陣列形狀，每條彈片的端頭會抵住孔壁，使彈片端頭上的聲波傳感器及橡皮輔助墊4緊貼在孔壁上。彈片彈開的程度與孔壁內(nèi)徑相關(guān)，但須保證彈片的端頭能夠抵住孔壁。另外，所述彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5位于探管2的尾端，這樣當(dāng)探頭下方至適宜深度后，彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5在觸碰到孔底后能夠觸發(fā)打開。根據(jù)各種鉆孔情況的不同，也可將彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5設(shè)置在探頭 上的其它部位，但均須使探頭到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)后彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)5能夠便于打開和關(guān)閉。為操作方便，所述導(dǎo)線6通過設(shè)在孔口的滑輪8下放該探頭。在利用該探頭進(jìn)行探測時可采用共深度雷達(dá)掃描工作程序或共角度雷達(dá)掃描工作程序，其中共深度雷達(dá)掃描工作程序包括以下步驟
1)將環(huán)形陣列探頭放置在設(shè)計(jì)鉆孔深度，對探頭進(jìn)行方位定位；
2)對探頭進(jìn)行貼壁操作；
3)操作地面聲波儀對探頭四周圍巖進(jìn)行徑向聲波掃描，形成以鉆孔為圓心的聲波雷達(dá)掃描 4)根據(jù)雷達(dá)回波圖像、方位、反射時間確定地質(zhì)缺陷的位置、距離和范圍；
5)移動探頭到下一個掃描深度點(diǎn)重復(fù)以上操作。共角度雷達(dá)掃描工作程序包括以下步驟
1)將探頭放置在設(shè)計(jì)的鉆孔某一起始位置，對探頭進(jìn)行方位固定，確定共角度方位，確定共角度方向的聲波發(fā)射和接收探頭；
2)操作地面儀器完成該點(diǎn)的聲波發(fā)射接收工作；
3)按設(shè)計(jì)點(diǎn)距移動探頭至下一點(diǎn)重復(fù)以上工作；
4)完成整條剖面的掃描工作，形成某一方位的共角度聲波掃描圖像；
5)根據(jù)掃描回波圖像上的共角度方位、深度、時間確定地質(zhì)缺陷的深度、距離和范圍。下面簡要說明鉆孔聲波共深度雷達(dá)掃描工作程序的實(shí)施，鉆孔聲波雷達(dá)共深度掃描探頭平面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中地質(zhì)缺陷部位位于探頭右方，通過共深度雷達(dá)掃描工作程序可以很快確定地質(zhì)缺陷部位的方位和大致距離，從而較快判斷地質(zhì)缺陷的位置和缺陷范圍，便于制定應(yīng)對措施。通過上述共深度雷達(dá)掃描工作程序得出的鉆孔聲波雷達(dá)共深度徑向掃描數(shù)據(jù)處理分析圖如圖5所示，從圖中可以看出，圖中位于儀器右方的波形有明顯的紊亂跡象，說明該處存在地質(zhì)缺陷，再從波形紊亂的范圍和大小即可判定地質(zhì)缺陷的范圍和位置。鉆孔聲波共角度雷達(dá)掃描工作程序的原理、平面結(jié)構(gòu)圖和數(shù)據(jù)處理分析圖與鉆孔聲波共深度雷達(dá)掃描工作程序相類似，在此不再累述。為實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，還需鉆孔雷達(dá)掃描和數(shù)據(jù)處理分析軟件，該類軟件主要功能包括掃描控制功能、探頭定位功能、增益控制、雷達(dá)圖像排列、雷達(dá)圖像基本數(shù)據(jù)處理功能、異常識別與距離方位測量功能等。該類軟件目前在市場上可以很容易獲取，屬于常規(guī)聲波探測輔助軟件。本發(fā)明使用的儀器可采用一般的巖土聲波測試儀，但必須加載聲波探頭轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然，以上只是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，本發(fā)明還有其他的實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔聲波雷達(dá)探測方法，其特征在于在利用聲波進(jìn)行鉆孔徑向雷達(dá)掃描進(jìn)行 工程地質(zhì)勘探時，使用一種鉆孔聲波徑向掃描探頭，在利用該探頭進(jìn)行探測時采用共深度 雷達(dá)掃描工作程序，該工作程序包括以下步驟1)將環(huán)形陣列探頭放置在設(shè)計(jì)鉆孔深度，對探頭進(jìn)行方位定位；2)對探頭進(jìn)行貼壁操作；3)操作地面聲波儀對探頭四周圍巖進(jìn)行徑向聲波掃描，形成以鉆孔為圓心的聲波雷達(dá) 掃描圖；4)根據(jù)雷達(dá)回波圖像、方位、反射時間確定地質(zhì)缺陷的位置、距離和范圍；5)移動探頭到下一個掃描深度點(diǎn)重復(fù)以上操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔聲波雷達(dá)探測方法，其特征在于在利用該探頭進(jìn)行探 測時也可采用共角度雷達(dá)掃描工作程序，該工作程序包括以下步驟1)將探頭放置在設(shè)計(jì)的鉆孔某一起始位置，對探頭進(jìn)行方位固定，確定共角度方位，確 定共角度方向的聲波發(fā)射和接收探頭；2)操作地面儀器完成該點(diǎn)的聲波發(fā)射接收工作；3)按設(shè)計(jì)點(diǎn)距移動探頭至下一點(diǎn)重復(fù)以上工作；4)完成整條剖面的掃描工作，形成某一方位的共角度聲波掃描圖像；5)根據(jù)掃描回波圖像上的共角度方位、深度、時間確定地質(zhì)缺陷的深度、距離和范圍。
3.一種鉆孔聲波徑向掃描探頭，該探頭通過導(dǎo)線(6)與聲波儀及控制監(jiān)視主機(jī)(7)連 接，其特征在于該探頭設(shè)有一個方位控制器(1)，在方位控制器(1)的尾端設(shè)有一個探管 (2)，在探管(2)上設(shè)有由八條彈片呈花瓣?duì)罱M成的傳感器貼壁彈簧(3)，在傳感器貼壁彈 簧(3 )的每條彈片的端頭設(shè)有一個聲波傳感器及橡皮輔助墊(4 );在探管(2 )上還設(shè)有可使 傳感器貼壁彈簧(3)的八條彈片收攏在探管(2)上或像外伸展開呈環(huán)形陣列形狀的彈臂鎖 定及觸發(fā)開關(guān)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔聲波徑向掃描探頭，其特征在于所述彈臂鎖定及觸發(fā) 開關(guān)(5)位于探管(2)的尾端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔聲波徑向掃描探頭，其特征在于所述導(dǎo)線(6)通過設(shè)在 孔口的滑輪(8)下放該探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆孔聲波雷達(dá)探測方法及鉆孔聲波徑向掃描探頭，該方法及裝置有鉆孔聲波共深度雷達(dá)掃描工作程序和鉆孔聲波共角度雷達(dá)掃描工作程序兩種工作方式，該鉆孔聲波徑向掃描探頭包括方位控制器(1)、探管(2)、傳感器貼壁彈臂(3)、聲波傳感器及橡皮輔助墊(4)以及彈臂鎖定及觸發(fā)開關(guān)(5)等部位組成。本發(fā)明解決了利用鉆孔進(jìn)行徑向探測的技術(shù)難題，充分地利用了勘探孔的功能，提高了對深埋藏、小地質(zhì)缺陷的探測能力，溶洞等地質(zhì)缺陷異常識別直觀、工作效率高，可廣泛應(yīng)用于市政、住建、交通、水利水電等建設(shè)領(lǐng)域的地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)隱患排查工作。
文檔編號G01V1/00GK102955170SQ20121038377
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者王波 申請人:中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院